(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するための非定常発塵源の探索方法であって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出するステップと、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出するステップと、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出するステップと、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定するステップと、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定するステップとを有することを特徴とする降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
【請求項２】
連続する２つ以上のＴd（ｉt）期間から構成されるＴg（ｋ）期間において、前記評価地点ｉxにおいて最大の降下煤塵量ｍを測定したＴd（ｉt）期間の風向平均値及び風速平均値を前記代表風向及び代表風速として用いることを特徴とする請求項１に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
【請求項３】
前記参照地点ｉyの総数をｎiyと定義し、前記評価関数として、下式
【数１】
0005691980.tif 000009
を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
【請求項４】
前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類するための方法として、
捕集された降下煤塵粒子の放射線量を測定してその強度に基づいて降下煤塵粒子を分類することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
【請求項５】
前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類するための工程として、
高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種の判別を前提とし、捕集された降下煤塵試料に磁力を付与して降下煤塵を磁石に着磁する着磁性降下煤塵と磁石に付着しない非着磁性降下煤塵に分離する第１の工程と、
前記着磁性降下煤塵と前記非着磁性降下煤塵それぞれに対して、降下煤塵をカメラで撮影して着磁性降下煤塵画像及び非着磁性降下煤塵画像を得る第２の工程と、
前記着磁性降下煤塵画像及び前記非着磁性降下煤塵画像をそれぞれ画像処理して個々の降下煤塵粒子の代表明度を算出し、前記代表明度と所定の明度しきい値を比較して個々の粒子を暗色粒子と明色度粒子に粒子明度を区分し、さらに、前記粒子明度区分及び前記第１の工程で得られた前記個々の降下煤塵の着磁性の有無との組み合わせを用いて前記個々の降下煤塵粒子を着磁性暗色粒子、着磁性明色粒子、非着磁性暗色粒子、及び非着磁性明色粒子とに煤塵特性を区分する第３の工程と、
前記製鉄プラントにおける代表的降下煤塵種毎の純粋な試料に対して前記第１〜第３の工程を施して得られた煤塵特性の区分と個々の煤塵種の対応関係を求め、前記捕集された降下煤塵の前記第３の工程で得られた煤塵特性と前記純粋な煤塵種の煤塵特性を比較して最も煤塵種特性の類似する煤塵種を求め、前記捕集された降下煤塵の煤塵種を前記最も煤塵種特性の類似する煤塵種と判別する第４の工程とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
【請求項６】
時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するための非定常発塵源の探索装置であって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出する手段と、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出する手段と、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出する手段と、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定する手段と、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定する手段とを備えたことを特徴とする降下煤塵の非定常発塵源の探索装置。
【請求項７】
時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するためのプログラムであって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出する手段と、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出する手段と、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出する手段と、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定する手段と、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発塵量が非定常的に変動する降下煤塵の発塵源を探索するのに利用して好適な降下煤塵の非定常発塵源の探索方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所が事故により破壊した場合、複数の放射性発塵施設から周囲に拡散する放射性降下煤塵の挙動を把握することは、近年の重要な工業的課題である。また、降下煤塵は、農業、林業等、各種の産業からも発生する。砂丘等の自然界から発生する降下煤塵も無視できない。降下煤塵の発生源となり得る発塵源が多数存在する際に、降下煤塵評価点における降下煤塵量測定値に与える影響として、どの発塵源の寄与度が大きいかを解析する技術は、これら降下煤塵を管理し、対策を講ずる上で重要である。
この様な観点から、降下煤塵評価地点において計測された降下煤塵量から、複数の発生源での発生量影響を評価する、即ち、主要な発生源を探索する技術として、特許文献１〜４が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、大気条件や気象データ、大気汚染物質拡散の評価範囲の地形データ、等の入力条件からシミュレーションに適したモデルを選定し、前記入力条件から解析精度向上のためにデータベース部の測定値データから調整入力パラメータを選定し、前記モデルによる解析条件と前記選定した調整入力パラメータから入力データを作成してシミュレーションをし、その結果と放出源測定値データとの偏差を演算し、その偏差が最小となるデータに対応して放出源を推定する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、大気観測局において前もって測定された大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示さない期間に、排出源から放出される平常時排出量を入力する入力部と、大気中の化学物質濃度が異常高濃度を示した期間に排出源から放出された化学物質の異常時排出量を出力する出力部とを具備し、排出源の（平常時排出量−異常時排出量）の２乗の和が最小となる解を求めることにより、大気中の化学物質の異常高濃度の原因となる排出源を特定する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、多数の粉塵発生箇所ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの周辺の少なくとも２以上の任意な測定個所Ａ、Ｂ、Ｃで、適当な期間にわたり、飛散粉塵量及び風向き方向を所定時間ピッチで測定する第（１）工程と、第（１）工程で得られた飛散粉塵量及び風向き方向から、測定個所別に、風向き方向毎の平均飛散粉塵量を算出する第（２）工程と、上記複数の粉塵発生箇所ａ〜ｅ及び上記測定個所Ａ〜Ｃを含む地図上に、各測定個所を中心として平均飛散粉塵量が多い複数の風向き方向を作図する第（３）工程と、第（３）工程で作図した各測定個所からの風向き方向が交わる交点が位置する粉塵発生箇所を、又は各測定個所からの風向き方向がほぼ一致するときはその風向き方向に存在する地図上の粉塵発生箇所を、飛散粉塵の発生源と特定する第（４）工程とを含む技術が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、複数項目の大気の汚染状況を測定する一つ乃至複数の可搬自立型マルチセンシングユニットを無線乃至有線のネットワーク経由で遠隔制御して複数項目の大気の汚染状況を測定し、測定データを収集し表示する制御・表示用計算機とを備える装置の技術が開示されている。
【０００７】
また、発生源での発生量から評価点での濃度を評価する際には、通常、プルーム式が用いられる。特許文献５には、地表面での吸着のない、点発生源からのガスの大気拡散モデルとして、以下の様な標準的なプルーム式が記載されている。
Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ＱP／２πσyσzＷＳ）ｅｘｐ［−ｙ2／２σy2］
×｛ｅｘｐ［−（Ｈｅ−ｚ）2／２σz2］
＋ｅｘｐ［−（Ｈｅ＋ｚ）2／２σz2］｝…（１）
ここで、数式（１）の記号の意味は以下の通りである。尚、これらの記号の意味は、以下の説明でも同じである。以下の記号は、全てＳＩ単位系である。
（ｘ，ｙ，ｚ）：評価地点の３次元直交座標（ガス発生源を原点とする）
ｘ：水平面上で、プルーム中心軸がのびる方向に対応する座標値
ｙ：水平面上で、プルーム中心軸がのびる方向に垂直な方向（以下の説明では、この方向を必要に応じて「水平方向」と称する。）の座標値
ｚ：鉛直方向（以下の説明では、この方向を必要に応じて「鉛直方向」と称する。）の座標値
Ｃ：評価地点（ｘ，ｙ，ｚ）でのガス濃度［ｋｇ／ｍ3、又は、ｍ3／ｍ3］
ＱP：ガスの発生量［ｋｇ／ｓ、又は、ｍ3／ｓ］
ＷＳ：風速［ｍ／ｓ］
Ｈｅ：ガス発生源の地表面からの高さ［ｍ］
σy、σz：プルーム拡散幅［ｍ］（ガスの流れに垂直な方向のガス濃度分布の標準偏差であり、それぞれ、水平方向のもの、鉛直方向のものである）
【０００８】
非特許文献１、２には、地表面で吸着のあるガス及び落下速度の小さい微粒子（ＳＰＭ）に関するプルーム式として、数式（２）が記載されている。
Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ＱP／２πσyσzＷＳ）ｅｘｐ［−ｙ2／２σy2］
×｛ｅｘｐ［−（Ｈｅ−ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］
＋α・ｅｘｐ［−（Ｈｅ＋ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］｝…（２）
α＝１−２Ｖd／｛Ｖs＋Ｖd＋（ＷＳ・Ｈｅ−Ｖs）／σz・（ｄσz／ｄｘ）｝…（３）
但し、Ｖd：沈着速度、Ｖs：落下速度（ＳＰＭの場合。ガスの場合は０）
ここで、αの乗じられた項は、ガス又はＳＰＭの鉛直方向分布形状を地表面において対称に反転させることにより、地表面上方でガスやＳＰＭが吸着されずに滞留する効果を表現したものであり、ガスやＳＰＭの地表への吸着の効果は、αの大小によって調整される。
ここで、σyσzは、プルーム中心軸に垂直方向の「プルーム拡散幅」を表すための特性値であり、プルーム中心軸垂直方向にガウス分布の濃度分布を仮定した際に濃度が標準偏差となる点とプルーム中心軸間の距離が用いられる。
【０００９】
また、プルーム式は、数式（１）に示されたものに限定される訳ではない。例えば、非特許文献３には、濃度の二重ガウス分布を仮定し、プルーム中心軸に曲線を用いたプルーム式が開示されている。
これらのプルーム式に共通する特徴は、第１に、特定濃度評価地点の濃度値を、評価地点と発生源の座標値、発生源での発生速度、風向・風速等の気象条件等の関数式で表現して、結果を一意に与えることである。第２に、濃度算出にあたって、中心軸を仮定し、中心軸の周囲に「プルーム拡散幅」σyσzで特徴づけられる高濃度領域を形成する「プルーム」を設定することである。他の手法とプルーム式の比較を行うと、複数の連立物理方程式を数値的に解いて特定濃度評価地点の濃度値を算出する数値解析手法は、プルームを仮定することなく濃度算出を行う点や算出結果が一意であるとは限らない点から、プルーム式とは異なる。また、特定濃度評価地点の濃度値を評価地点と発生源の座標値、発生源での発生速度、風向・風速等の気象条件等を単に変数化して求めた重回帰式も、プルームを仮定することがないので、プルーム式ではない。
【００１０】
さらに、評価点において降下煤塵量を１０分程度の短時間周期で測定する技術として、特許文献６に、上方に開口したろうと状の粒子採取口と計測装置内を循環する気流路と循環気流路の途中に慣性分級器を配置して、粗大粒子と微小粒子について個別に連続質量測定を行い、粗大粒子質量測定値から大気中の降下粉塵の粉塵降下速度推移を算出するβ線吸収式質量測定器を用いた連続式降下粉塵計測装置が開示されている。
【００１１】
捕集された降下煤塵試料の煤塵種判別のための分析手法に関する従来技術として、化学分析を用いる手法がある。この手法では、降下煤塵試料を薬品処理や加熱して成分を分析して成分構成率を求め、この成分構成率と対応づく煤塵種に試料を判別するものである。しかし、この手法では、分析のための所要試料質量が代表的な煤塵の単重に比べて巨大であり、常に所要質量の煤塵を採取できるとは限らないこと、個々の煤塵粒子の判別が不可能であること等の問題がある。
【００１２】
また、他の煤塵種判別方法の従来技術として、ＥＰＭＡ等の、電子顕微鏡を用いて個々の降下煤塵試料の成分構成率を定量的に求め、この成分構成と対応づく煤塵種に試料を判別する方法がある。しかし、この手法では、分析のための装置が高価であること、試料の前処理（樹脂埋め込み後に研磨等）に手間がかかること、測定に時間がかかる等の制約があり、多数の試料を処理するためには長い時間と多大な費用を要する問題がある。
【００１３】
この他、煤塵が放射性を帯びている場合には、特許文献９〜１１のような手法で煤塵のα線、β線、又はγ線等の放射線量を測定することができる。
【００１４】
さらに、微量の煤塵に対して煤塵種の判別を行うための従来手法として、画像処理を用いる手法も開示されている。例えば、特許文献７では、光学顕微鏡等を用いて、降下煤塵試料を撮影し、撮影画像を画像処理して個々の煤塵の煤塵種を自動判別する。しかし、この手法では、煤塵種の分類は、大きさや形状のみを用いてしか行えないため、分析精度が低い問題がある。また、特許文献８では、降下煤塵試料の画像上での色情報に基づいて粒子判別する方法が提案されている。しかし、色情報のみでは煤塵種の細かい判別を行うことができない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２５５０５５号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２０４１号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０１１２号公報
【特許文献４】特開２００３−２８１６７１号公報
【特許文献５】特開２００７−１２２３６５号公報
【特許文献６】特開２００８−２２４３３２号公報
【特許文献７】特開平１０―３３２５６７号公報
【特許文献８】特開平１１−１３２９３４号公報
【特許文献９】特開平８−３２７７４１号公報
【特許文献１０】特開平７−３５９００号公報
【特許文献１１】特開２００９−６３５１０号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】浮遊状粒子物質対策検討会（環境庁大気保全局大気規制課監修）：浮遊粒子状物質汚染予測マニュアル、東洋館出版、１９９７
【非特許文献２】岡本眞一：大気環境予測講義、ぎょうせい、２００１
【非特許文献３】United States Environment protection agency: EPA-454/R-03-004, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来技術においては、以下の問題点があった。
即ち、第１の問題点として、発生源を探索する対象の発生物が降下煤塵ではないことが挙げられる。
例えば、特許文献１〜４の技術においては、対象がガスであり、特許文献３の技術には、対象にＳＰＭが含められているに過ぎない。ＳＰＭは、降下煤塵に比べて遥かに小さな粒子であり（定義上、直径１０μｍ以下の粒子）、その大気中での拡散挙動は、微小な粒子沈降を生じることを除けば実質的にガスの挙動に等しい。一方、降下煤塵は、ＳＰＭに比べて遥かに大きな煤塵粒子であり（直径約１０μｍ超の粒子である）、その落下速度が極めて大きいため、降下煤塵の大気中での拡散には、粒子降下速度の極めて大きな影響を受け、拡散挙動はガスとは大きく異なる。
また、本発明が対象とする降下煤塵量とは、地表面への降下煤塵の沈着量のことである。特許文献１〜４の技術では、降下煤塵評価地点におけるガス及びＳＰＭ濃度を観測及び管理対象としており、地表面への沈着速度を直接知ることはできない。確かに、数式（２）には、沈着速度Ｖdが記載されているので、Ｖdを正確に与えることができれば、降下煤塵評価地点上でのガス及びＳＰＭ濃度から地表面での沈着量に換算することが可能である。しかし、非特許文献１に記載されているように、ＳＰＭに対してＶdは地表面の状態や大気乱流の影響を受けて大きく変動する。また、ガスに関しては、沈着速度を一般的に与える手法は開発されていない。従って、Ｖdの値を正確に与えることは実際には極めて困難であり、特許文献１〜４の技術で降下煤塵を対象とすることは、少なくとも定量的には困難である。
【００１８】
第２の問題点として、降下煤塵を対象とした発塵源探索手法は、従来、存在しなかった。これは、従来の発生源探索手法においては、特許文献３に代表されるように水平面内での発生源探索を前提としており、大きな粒子落下速度Ｖsを有し、かつ、地表面での沈着量を問題とする、降下煤塵の発生源を三次元的に取り扱うことが困難であったからである。特に、特許文献３に示されるような、降下煤塵評価地点から風上方向に発生源探索線を伸長する手法の場合、数式（２）における地表面反射項α・ｅｘｐ［−（Ｈｅ＋ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］の影響を定量的、かつ、一般的に取り扱うことが困難なことから、前記発生源探索線をプルーム式と関連付ける有効な手法は従来、提案されていない。
【００１９】
第３の問題点として、従来技術においては、発生源の探索を行う際に発生源の位置及びそこでの概略の発生量を予め仮定する手順が必須であることが挙げられる。
例えば、特許文献１及び２の技術においては、予め想定される全ての発生源及び全ての降下煤塵評価地点について、任意発生源での発生量と任意降下煤塵評価地点での濃度の関係を上記プルーム式等の気象条件の関数として予測し、次に、全ての降下煤塵評価地点における濃度実測値と、前記濃度予測値との差が最小となるように、前記関数のパラメータ（σyやＱP等）を最適化手法により調整している。従って、少なくとも全ての発生源位置を予め与える必要があり、また、最適化手法の計算過程の妥当性を確保するためには、各発生源での概略の発生量も初期条件として予め与えることが一般には望ましい。なぜならば、最適化問題においては、実情から極端に解離した初期条件を与えた場合、実情とは大きく異なる局所安定点に解の収束する場合があるからである。
特許文献３の技術においては、図６に示すように、粉塵（ＳＰＭ）発生箇所ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ等を予め仮定した上で、周辺の複数降下煤塵評価地点ｉx：２，ｉx：３，ｉx：４等でのＳＰＭ濃度を長期間、測定し、この期間内で各評価点で風向別ＳＰＭ濃度平均値１の最も高い風向の風上方向に評価点ｉx：２，ｉx：３，ｉx：４からそれぞれ水平面内で発生源探索線３、４、５を伸長し、これらｉx：２，ｉx：３，ｉx：４発生源探索線の互いに交差した交点６、７、８の内、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのいずれかに合致した地点を、発生箇所を特に発生量の大きい発生箇所と判定している。
特許文献４の技術においては、想定される発生源の近傍に計測機を設けることが前提であるので、発生源は、予め既知でなければならない。
しかしながら、多数の発生源が存在する場合、これら全ての発生源位置と概略発生量を予め全て把握することは、実際には困難であり、もし、可能だとしても、多大な資源を必要とするため好適ではない。また、原子力発電所の事故地のように、そもそも発塵源に近寄ることのできない場合もある。従って、従来技術は、発生源の数が極めて少数であるか、あるいは、発生源の発生量を十分正確に把握し得る環境下でしか有効に適用することはできない問題がある。
【００２０】
第４の問題点として、従来技術においては対象とする発生源は、発生量が時間的に変動しない定常発生源であるか、又は、発生量が時間平均値の近傍で僅かに時間変動するだけの準定常発塵源を基本的に対象としている。
例えば、特許文献１及び２においては、この技術では最適化手法を適用するため、一般的には、降下煤塵評価地点数の数を、適用されるプルーム式等の関数の中で調整可能なパラメータの数よりも、多く設定しなければならない。もし、調整可能なパラメータの数が実質的に降下煤塵評価地点数よりも多ければ、得られる解は、一般に一意に定まらないので手法として破綻するからである。多数の発生源が存在する場合、経済性の観点から降下煤塵評価地点の数を発生源の数よりも少なく設定する場合が多い。このような場合でも、発生源を定常発生源に限定すれば（即ち発生量ＱPを調整可能なパラメータとはしなければ）、多数の異なる時刻での降下煤塵評価地点での測定値を用いることにより発生源数以上の測定データ数を確保することができ、最適化手法を適用することができる。一方、発生量ＱPが非定常的に大きく変動する、非定常発生源に対して特許文献１、２の技術を適用する際には、ＱPを調整可能なパラメータとせざるを得ないため、多数の発生源対象とする場合には、発生源数を超える極めて多数の降下煤塵評価地点を設ける必要があり、経済性の観点から現実的でない。
特許文献３の技術においては、２カ月以上の期間内での離散的に採取された降下煤塵評価地点濃度データを平均化して発生源の探索を行う。従って、発生源は、定常発生源に限定される。
特許文献４の技術においては、想定される発生源の近傍に降下煤塵評価地点を配置するので原理的には非定常発生源を探索することができる。しかし、この技術においては、複数の発生源からのガスが特定降下煤塵評価地点に同時に到達する場合にどの発生源が卓越するのかを判断する方法が開示されておらず、また、想定される全ての発生源の近傍に降下煤塵評価地点を設置するのかも記載されていない。従って、この技術で非定常発塵源を探索することが可能なのは、発生源間の距離が互いに影響を及ぼさない程度に遠い場合に限られる。即ち、この技術は、実質的に発生源と降下煤塵評価地点が一対一に特定できる対象にしか適用できない。
しかしながら、現実の発生源では発生量が一般に大きく時間変動するので、定常発生源や、発生源と降下煤塵評価地点が一対一に特定できる発生源のみを対象とする従来技術では、現実の発生源探索に対して十分に適用できない問題があった。
【００２１】
以上のように、捕集された降下煤塵試料を判別するための簡易な分析手法は、従来存在しなかった。
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、発塵量が非定常的に変動する降下煤塵の発塵源を、発塵源周辺での降下煤塵測定値を基に探索する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明者の研究の結果、以下の解決方法を発明するに至った。
（１）時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するための非定常発塵源の探索方法であって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出するステップと、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出するステップと、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出するステップと、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定するステップと、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定するステップとを有することを特徴とする降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
（２）連続する２つ以上のＴd（ｉt）期間から構成されるＴg（ｋ）期間において、前記評価地点ｉxにおいて最大の降下煤塵量ｍを測定したＴd（ｉt）期間の風向平均値及び風速平均値を前記代表風向及び代表風速として用いることを特徴とする（１）に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
（３）前記参照地点ｉyの総数をｎiyと定義し、前記評価関数として、下式
【数１】
0005691980.tif 000002
を用いることを特徴とする（１）又は（２）に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
（４）前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類するための方法として、
捕集された降下煤塵粒子の放射線量を測定してその強度に基づいて降下煤塵粒子を分類することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
（５）前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類するための工程として、
高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種の判別を前提とし、捕集された降下煤塵試料に磁力を付与して降下煤塵を磁石に着磁する着磁性降下煤塵と磁石に付着しない非着磁性降下煤塵に分離する第１の工程と、
前記着磁性降下煤塵と前記非着磁性降下煤塵それぞれに対して、降下煤塵をカメラで撮影して着磁性降下煤塵画像及び非着磁性降下煤塵画像を得る第２の工程と、
前記着磁性降下煤塵画像及び前記非着磁性降下煤塵画像をそれぞれ画像処理して個々の降下煤塵粒子の代表明度を算出し、前記代表明度と所定の明度しきい値を比較して個々の粒子を暗色粒子と明色度粒子に粒子明度を区分し、さらに、前記粒子明度区分及び前記第１の工程で得られた前記個々の降下煤塵の着磁性の有無との組み合わせを用いて前記個々の降下煤塵粒子を着磁性暗色粒子、着磁性明色粒子、非着磁性暗色粒子、及び非着磁性明色粒子とに煤塵特性を区分する第３の工程と、
前記製鉄プラントにおける代表的降下煤塵種毎の純粋な試料に対して前記第１〜第３の工程を施して得られた煤塵特性の区分と個々の煤塵種の対応関係を求め、前記捕集された降下煤塵の前記第３の工程で得られた煤塵特性と前記純粋な煤塵種の煤塵特性を比較して最も煤塵種特性の類似する煤塵種を求め、前記捕集された降下煤塵の煤塵種を前記最も煤塵種特性の類似する煤塵種と判別する第４の工程とを有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一に記載の降下煤塵の非定常発塵源の探索方法。
（６）時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するための非定常発塵源の探索装置であって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出する手段と、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出する手段と、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出する手段と、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定する手段と、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定する手段とを備えたことを特徴とする降下煤塵の非定常発塵源の探索装置。
（７）時間周期Δｔd毎のｉt番目の時刻であるＴd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの期間であるＴd（ｉt）期間に任意の降下煤塵観測地点ｉで降下煤塵を捕集して算出される降下煤塵量ｍ（ｉ，ｉt）と、
前記各降下煤塵観測地点ｉの近傍において、前記時間周期Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測された風向及び風速測定値を基に算出される代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳと、
１つ以上の連続する前記時刻Ｔd（ｉt）を含む時間周期Δｔg毎の、ｋ番目の時刻ｔg（ｋ）を設けてｔg（ｋ−１）からｔg（ｋ）までの期間であるＴg（ｋ）期間を設定し、任意の時刻ｔg（ｋ）において、Ｔg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵を他から区別して降下煤塵試料としてそれぞれ保存し、特定のＴg（ｋ）期間において、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して算出される個々の降下煤塵粒子の粒子落下速度Ｖsを用いて個々の降下煤塵粒子を２つ以上の粒子落下速度区分ｉvのいずれかに分類すると共に、前記特定のＴg（ｋ）期間に捕集された降下煤塵試料を分析して個々の降下煤塵粒子を２つ以上の煤塵種区分ｉsのいずれかに分類し、前記粒子落下速度区分ｉv及び前記煤塵種区分ｉsを用いて算出される、前記特定のＴg（ｋ）期間に特定の降下煤塵観測点ｉで捕集された降下煤塵試料の区分毎の算出された質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉ，ｉv，ｉs）と、を用いて、発塵量が非定常に変動する降下煤塵発生源の位置を特定するためのプログラムであって、
１つ以上の降下煤塵観測地点である評価地点ｉxを設けて、前記各評価地点ｉxにおいて降下煤塵量ｍ（ｉx，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）を算出する手段と、
３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けて、前記各参照地点ｉyにおいてそれぞれ降下煤塵ｍ（ｉy，ｉt）を測定してＴg（ｋ）期間における代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）を算出する手段と、
２つ以上の、発塵源として仮定した仮定発塵源ｊを設け、前記仮定発塵源ｊに関して、単位発塵量を前提としてプルーム式を用いて前記評価地点ｉxにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及び前記参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値ｍｃ（ｊ，ｉy）を算出する手段と、
前記特定のＴg（ｋ）期間で前記評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義し、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））で表現される規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）及びｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）で表現される規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いた評価関数を設定する手段と、
全ての前記仮定発塵源ｊについて、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）の前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）に対する一致性を前記評価関数を用いて評価し、最も一致性の高い仮定発塵源ｊを前記特定のＴg（ｋ）期間における非定常発塵源と判定する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、少数の降下煤塵評価地点での降下煤塵計測によって、非定常発塵源を含む発塵源の探索を効率的、かつ、正確に実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態の発塵源探索処理を示すフローチャートである。
【図２】降下煤塵評価地点ｉx、降下煤塵参照地点ｉy、及び仮定発塵源ｊからなる検討系を示す模式図である。
【図３】発塵源探索装置として機能する情報処理装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の原理に関する模式図である。
【図５】本発明の原理に関する他の模式図である。
【図６】従来技術の原理に関する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
降下煤塵量計測手段によって周期Δｔd毎に降下煤塵量計測値の出力される時刻Ｔd（ｉt）において、Ｔd（ｉt−１）からＴd（ｉt）までの時間をＴd（ｉt）期間と定義する。ｉtは、降下煤塵計測開始時刻を０とし、１ずつ増加する整数である。このＴd（ｉt）及びΔｔdは、複数の降下煤塵の連続測定手段においてそれぞれ存在するが、全ての降下煤塵の連続測定手段において、Ｔd（ｉt）及びΔｔdを揃えることが、解析の便宜上、好ましい。このように揃えられたＴd（ｉt）期間において、各降下煤塵の連続測定手段で測定された降下煤塵量測定値をそれぞれｍ（ｉ，ｉt）（ｉは、測定手段の通し番号に対応する）と定義する。
【００２６】
また、１以上の自然数であるｎt個の、連続するＴd（ｉt）期間から構成される時間をＴg（ｋ）期間と定義する。ここで、Ｔg（ｋ）期間の始点の時刻をＴg（ｋ−１）とし、このときのｉtを０とする。Ｔg（ｋ）期間の終点の時刻をＴg（ｋ）とし、このときのｉtをｎtとする。ｋは、降下煤塵計測開始時刻を０とし、１ずつ増加する整数である。本実施形態は、個々のＴg（ｋ）期間における降下煤塵の発生源を特定するものであり、Δtg（＝ｎt・Δtd）以上の時間スケール（即ち、発塵継続時間）を有する発塵源を対象とする。
【００２７】
降下煤塵量の測定及び降下煤塵試料の捕集のためには、例えば、特許文献６に記載される連続式降下煤塵計を用いることができる。この装置を用いる場合、例えば、時間周期Δｔdを１０分に、Δtgを６０分に設定することができる。降下煤塵は、後に降下煤塵の分類を分析するために、捕集を行い、Ｔg（ｋ）期間毎に、他の時刻の試料と分離してそれぞれ保管することができる。このように、降下煤塵の捕集時間単位をΔｔdではなく、Δｔgとする理由は、一般に、連続式降下煤塵測定手段において、降下煤塵量測定値の測定期間のΔｔd毎の切り替えにはさほど時間を必要としない（数秒程度でよい）のに対し、Δｔg毎の降下煤塵の捕集単位を切り替える際には、捕集フィルタを交換する等の物理的操作が必要なために通常数分単位の時間を必要とし、この交換時間中は発塵源探索を行うための測定値が得られないからである。本実施形態で対象とする非定常発塵源の時間スケールは、高々１０分のオーダであるので、頻繁な捕集単位の切り替えは、解析可能な時間割合を著しく減少させるので好ましくない。このため、比較的頻繁に切り替え可能な降下煤塵量測定の周期Δｔdを、捕集時間周期Δｔgよりも短く設定することにより、時間スケールΔｔg以上の非定常発塵源を効率的に特定することができる。また、降下煤塵の捕集を行ってＴg（ｋ）期間毎に、他の時刻の試料と分離してそれぞれ保管する方法としては、例えば、市販のテープ式煤塵捕集フィルタを用いて、前記捕集フィルタの特定個所にＴg（ｋ）期間の間に煤塵の捕集を行い、時刻Ｔg（ｋ）において、テープ状のフィルタを移動させて、次のＴg（ｋ＋１）期間用に、捕集フィルタ上の新たな箇所で煤塵捕集を行うと共に、Ｔg（ｋ）期間に捕集された煤塵の付着した捕集フィルタ上を保護テープ等で覆うことにより、この箇所に捕集された煤塵の飛散や脱落を防止することによって実現することができる。
【００２８】
一例として、図２の平面図（例えば、地上高度１.５ｍの水平面）の配置を対象とした実施形態に対して、特定の時刻Ｔg（ｋ）におけるＴg（ｋ）期間における特定の降下煤塵評価地点ｉxにおける主要な発塵源ｊの特定手順として、本実施形態のフローの具体例を図１のフローチャートに沿って示す。
【００２９】
図１のフローチャートは、非定常発塵源の探索装置（以下、発塵源探索装置と称する）による発塵源探索処理の一例である。発塵源探索装置は、例えば図３に示すように、ＣＰＵ等の演算装置３０１、メモリ３０２、ＨＤＤ３０３、及び各種のインターフェース３０４を備えた情報処理装置（例えば、市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ））を用いることにより実現される。例えば、図１のフローチャートは、Ｃ言語等のプログラミング言語を用いて実行可能なコンピュータプログラムに翻訳され、予め、ＨＤＤ３０３等に保存される。情報処理装置における発塵源探索処理の実行時には、ＣＰＵ等の演算装置３０１によって、ＨＤＤ３０３等に記憶された前記実行可能なコンピュータプログラムが読み出されて起動し、前記実行可能なコンピュータプログラムの指令に基づいた演算をＣＰＵ等の演算装置３０１が順次実行することにより実現される。発塵源探索処理の起動タイミングは、手入力で前記実行可能なコンピュータプログラムを起動してよく、また、定期的に自動的に起動するようにしてもよい。前述したように、本実施形態の発塵源探索装置は、ある時刻において、「Ｔd（ｉt）期間」における降下煤塵の発塵源を探索する。
【００３０】
発塵源探索装置において、評価地点・座標点等の位置情報、降下煤塵量・風向・風速等の測定値や煤塵種に関する分析値等の必要入力情報は、情報処理装置に接続されたキーボードやコンソール画面等を用いて、予め人力で入力することができる。入力された前記入力情報は、ＨＤＤ３０３等に保存され、発塵源探索処理実行の進行に応じて、適宜、読み出される。
【００３１】
発塵源探索装置において、算出された特定座標点に対する非定常発塵源判定結果及び発塵量等の算出結果は、ＨＤＤ３０３等に保存されると共に、コンソール画面等に表示することができる。尚、上記の発塵源探索装置の処理の一部又は全部を手計算等の他の手段に置き換えても何ら問題ない。
【００３２】
図１のステップＳ１０１において、降下煤塵評価地点ｉx、降下煤塵参照地点ｉy、及び仮定発塵源ｊからなる検討系を設定する。図２の例において、これら検討系では、降下煤塵評価地点ｉx、降下煤塵参照地点ｉyは、それぞれ、地上２ｍの高さで降下煤塵の測定を連続的に測定する地点である。ここでは、特定の降下煤塵評価地点ｉx：１での発塵源を特定するために、ｉy：１〜ｉy：８なる８点の降下煤塵参照地点ｉyを設けている。降下煤塵評価地点ｉx及び降下煤塵参照地点ｉyには、時系列的に連続に降下煤塵量を測定できる測定手段を設ける。仮定発塵源ｊは、任意の数を設定可能であるが、図２の検討系では一例として、２つの仮定発塵源ｊを配置する。これらの発塵源の地上高さｈjとしてｈj1及びｈj2をそれぞれ設定する。以上の対象系に対して、仮定発塵源ｊ：１、ｊ：１の内いずれが降下煤塵評価地点ｉxに関する主要発塵源であるかを、後続のステップを通じて判定する。
【００３３】
ステップＳ１０２において、発塵源を探索する降下煤塵分類、即ち、煤塵種ｉs及び粒子落下速度（粒径）区分ｉvの組み合わせを設定する。煤塵の種類の分類には後述の分析方法のいずれかを用いて行う。発塵源特定の解析は、ここで分類された特定の煤塵の種類（例えば、降下煤塵評価地点において最も構成率の高い煤塵の種類を採用することができる）毎に実施する。全ての降下煤塵測定地点において、当該Ｔg（ｋ）期間における降下煤塵分類毎の質量又は体積構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）を求める。当該降下煤塵評価地点ｉxにおいて最大の構成率Ｃｏｍ（ｉx，ｉv，ｉs）をＣｏｍmax（ｉx）と定義すると共に、このときの粒子落下速度区分ｉv及び煤塵種区分ｉsをｉvmax（ｉx）及びｉsmax（ｉx）と定義する。
【００３４】
ステップＳ１０３において、当該Ｔg（ｋ）期間におけるｉxに関する最大降下煤塵量ｍmax（ｉx）及び最大降下煤塵量を生じるＴd（ｉt）時刻Ｔd（ｉtmax）を求める。尚、ｎit＝１の場合、ｍmax（ｉx）＝ｍ（ｉx，ｉt）、かつ、ｉtmax＝１である。
【００３５】
ステップＳ１０４において、各降下煤塵測定手段における代表降下煤塵量、並びに、当該Ｔg（ｋ）期間における代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳを求める。降下煤塵評価地点ｉxにおける代表降下煤塵量Ｍ（ｉx）として、ステップＳ１０３で求めたｍmax（ｉx）を用いることができる。各降下煤塵参照地点ｉyにおける代表降下煤塵量Ｍ（ｉy）として、ステップＳ１０３で求めたｉtmaxを用いて、それぞれｍmax（ｉy，ｉtmax）を用いることができる。代表風向ＷＤ及び代表風速ＷＳは、風向風速計測値を用いて次のように設定する。当該Ｔg（ｋ）期間における代表風向及び代表風速値として、例えば、前記Ｔd（ｉtmax）期間に含まれる風向及び風速計測値の平均値を用いることができる。このように、代表風向値及び代表風速値を設定することによって、当該Ｔg（ｋ）期間において当該降下煤塵評価地点に関する主要発塵源の方向についての情報を的確に得ることができる。あるいは、より単純に、Ｔg（ｋ）期間の風向平均値及び風速平均値をそれぞれ代表風向値及び代表風速値として用いてもよい。代表風向及び代表風速が決まれば、代表風のベクトル１を算出できるので、このイメージを図２上に示す。風向及び風速は、降下煤塵評価地点、又は、降下煤塵評価地点の近傍において、Δｔdよりも長くない時間周期Δｔwdにて連続的に計測を行う。風向及び風速の計測手段としては、プロペラ式風向風速計等の市販の計測機を用いることができる。この装置の場合、例えば、Δｔwdを１秒に、風向測定の空間分解能として、１°に設定できる。
【００３６】
ここで、「降下煤塵評価地点の近傍」とは、風向・風速が降下煤塵評価地点上空における風向・風速と高い相関を示す範囲であればよく、例えば、降下煤塵評価地点から１ｋｍ以内の水平距離とすることができる。地形が単調で風向・風速分布の少ない地域ではこれ以上の水平距離であってもよい。また、風向・風速測定点の高さは、気象庁の推奨する測定高さである、地表面から１０ｍを採用することができる。想定される発塵源の高さが１０ｍよりも十分に高い場合には、地表面とこの発塵源高さの中間の高さを測定点高さとしてもよい。
【００３７】
ステップＳ１０５において、全ての降下煤塵参照地点ｉyに対して、数式（６）で規格化された降下煤塵量測定値Ｒa（ｉy）を求める。
Ｒa（ｉy）＝Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））・Ｍ（ｉy）／（Ｃｏｍmax（ｉx）・Ｍ（ｉx））…（６）
【００３８】
ステップＳ１０６において、特定の仮定発塵源ｊを発塵源とした場合の当該降下煤塵量評価地点ｉx及び全ての降下煤塵参照地点ｉyでの降下煤塵量の計算値ｍｃ（ｊ，ｉx）及びｍｃ（ｊ，ｉy）を求める。これらｍｃ（ｊ，ｉx）及びｍｃ（ｊ，ｉy）の算出には、例えば、数式（３）〜（６）で表現されるプルーム式を用いることができる。後述のように、発塵量の絶対値の影響は降下煤塵を規格化することによって除外されるので、これらの式で用いる発塵量Ｑpは任意の値を設定すればよい。例えば、発塵量Ｑp＝１としてよい。
Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ＱP／２πσyσzＷＳ）ｅｘｐ［−ｙ2／２σy2］
×ｅｘｐ［−（Ｈｅ−ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］…（４）
ｍｃ（ｘ，ｙ）＝ＶsＣ（ｘ，ｙ，ｚ）…（５）
【００３９】
ステップＳ１０７において、全ての降下煤塵参照地点ｉyに対して、数式（７）で規格化された降下煤塵量計算値Ｒc（ｉy）を求める。
Ｒc（ｉy）＝ｍｃ（ｊ，ｉy）／ｍｃ（ｊ，ｉx）…（７）
【００４０】
ステップＳ１０８において、前記規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）と前記規格化実績降下煤塵量Ｒa（ｉy）の比率Ｒc（ｉy）／Ｒa（ｉy）を用いて、当該仮定発塵源ｊに関する後述の評価関数値Ｅv（ｊ）を算出する。
全ての仮定発塵源ｊ（ｊ＝１〜ｎj）について評価関数値Ｅv（ｊ）を求めた後、ステップＳ１０９において、最も評価関数値Ｅv（ｊ）の評価の高い（即ち、Ｒc（ｉy）とＲa（ｉy）の一致性の元雄も高い）仮定発塵源を当該Ｔg（ｋ）期間における降下煤塵評価地点ｉxに関する主要な非定常降下煤塵発塵源と判定する。
【００４１】
（降下煤塵の分類方法：落下速度区分）
前記捕集された個々の降下煤塵粒子を分類する方法は、例えば、次のように実施することができる。
まず、粒子の落下速度区分ｉvを判別する方法として、捕集された個々の煤塵粒子を顕微鏡等で観察・測定して、寸法や形状を記録する。次に、個々の煤塵粒子の寸法・形状・密度を用いて当該粒子の等価粒径を算出し、この等価粒径に対して、所定の粒径しきい値を用いて分類することができる。一般に、同一の煤塵種に関して、価粒径が同一の粒子は、粒子落下速度Ｖsが同一になると考えられているので、等価粒径を用いた粒子の分類は、実質的に同一煤塵種におけるＶsによる分類と等価である。等価粒径の算出には各種の手法が提案されており、例えば、個々の煤塵粒子の体積と等しい体積の球形の直径に、煤塵粒子の形状（アスペクト比等）に基づいて予め経験的に定められた補正係数を乗じて等価粒径を算出することができる。粒子の密度は、煤塵種毎に実測してもよいし、文献値が存在するならこれを用いてもよい。粒子落下速度Ｖsは、実測してもよいし、あるいは、価粒径をストークスの終末速度の式に適用して次の数式（８）で求めてもよい。
Ｖs＝｛４ｇＤp（ρp−ρf）／３ρfＣR｝1/2…（８）
ｇ：  重力加速度
Ｄp：  等価粒子径
ρP，ρf：  粒子、流体の密度
ＣR：  抵抗係数
【００４２】
（降下煤塵の分類方法：煤塵種）
次に、粒子の煤塵種区分ｉsを判別する方法として、放射性煤塵粒子の飛散を問題とする場合には、捕集した降下煤塵粒子の放射線量を測定し、その強さに応じて降下煤塵粒子を放射性粒子、非放射性粒子等に分類することができる。捕集した効果煤塵粒子の放射線量の測定方法には、特許文献９〜１１に記載の方法等の公知の手法を適用することができる。
煤塵粒子の放射性を問題とせずに、他の性質によって粒子の煤塵種区分ｉsを判別する方法として、当該Ｔg（ｋ）期間に捕集された個々の降下煤塵粒子の物性を分析すればよい。粒子の物性分析方法としては、例えば、全ての粒子を樹脂等に埋め込み、研磨によって粒子断面を露出させた上でＸ線を走査しながら粒子断面に照射してその反射の特性から粒子中の元素を特定するＥＰＭＡを適用することができる。
【００４３】
あるいは、ＥＰＭＡのような手間と費用のかかる手法を避けるために、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種であることが事前に明らかな場合、簡易に煤塵種を判別する次の方法を用いてもよい。
即ち、第１の工程において、捕集された前記降下煤塵試料に磁力を付与して前記降下煤塵を磁石に着磁する着磁性降下煤塵と磁石に付着しない非着磁性降下煤塵に分離する。ここで用いる磁石は、０．１Ｔ〜０．４Ｔ程度の磁力を表面で保持できる電磁石又はネオジウム磁石等の永久磁石である。そして、捕集された前記降下煤塵試料に磁力を付与して前記降下煤塵を磁石に着磁する着磁性降下煤塵と磁石に付着しない非着磁性降下煤塵に分離する。このような磁力の範囲であれば、大部分の鉄鉱石や製鋼スラグ（一般に鉄分を多く含んでいる）を着磁させることができ、かつ、極微量な鉄分を含有する石炭等を着磁させないので、個々の煤塵を着磁性煤塵と非着磁性種煤塵に分離することができる。また、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵の煤塵種としては、鉄鉱石や鉄粉等の鉄系煤塵、石炭やコークス等のカーボン系煤塵、高炉スラグ煤塵、並びに、製鋼スラグ煤塵等が代表的なものである。着磁性の煤塵には鉄系煤塵及び製鋼スラグ煤塵が対応し、非着磁性の煤塵にはカーボン系煤塵及び高炉スラグ煤塵が対応する。
第２の工程において、前記着磁性煤塵試料と前記非着磁性種煤塵試料のそれぞれに対して、煤塵粒子が互いに接触しないように二次元的に分散配置させた上で、これらを市販のデジタルカメラ等で撮影して粒子の画像を得る。前記着磁性煤塵試料の画像を「着磁性煤塵試料の画像」と、前記非着磁性煤塵試料の画像を「非着磁性煤塵試料の画像」と、以下に呼ぶことにする。煤塵試料の個々の粒子を互いに接触させないためには、煤塵粒子を高所から散布する等の方法を用いればよい。
第３の工程において、前記着磁性降下煤塵画像及び前記非着磁性降下煤塵画像は、画像処理装置に入力されて、それぞれ画像処理がなされる。個々の画像になされる画像処理の内容は、次のとおりである。まず、画像中の各画素の位置及び明度情報を基に、独立した粒子と判別される連続する画素群を算出する粒子判別を行う。次に、個々の降下煤塵粒子の代表位置及び代表明度を算出する。代表位置としては、個々の粒子において対応する画素群の各画素位置の中心を用いることができる。代表明度としては、個々の粒子において対応する画素群の各画素明度の平均値を用いることができる。次に、前記代表明度と所定の明度しきい値を比較して個々の粒子を暗色粒子と明色度粒子に粒子明度を区分する。所定しきい値に関しては、予め、明色粒子群と暗色粒子群の代表試料を準備して上記と同様の画像処理を行い、得られたそれぞれの粒子群の明度平均値の中間の明度をしきい値として用いることができる。次に、前記粒子明度区分及び前記第１の工程で得られた前記個々の降下煤塵の着磁性の有無との組み合わせを用いて、前記着磁性粒子画像及び非着磁性粒子画像中の全ての粒子を着磁性暗色粒子、着磁性明色粒子、非着磁性暗色粒子、並びに、非着磁性明色粒子のいずれかに分類して煤塵特性を区分する。
画像処理装置として、市販の画像処理ソフト（例えば、「Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ ｖｅｒｓｉｏｎ ５」）等を組み込んだ市販のパーソナルコンピュータ等を用いることができ、上記の画像処理操作は、このようなソフトの標準機能（画像の、二値化・境界判別・粒子計測機能等）を用いて実現することができる。
第４の工程において、前記着磁性粒子画像及び非着磁性粒子画像中の全ての粒子を、前記煤塵特性に基づいて、所定の煤塵種のいずれかに判定する。所定の煤塵種とは、代表的な同一種類（鉄鉱石、石炭、コークス、鉄粉、高炉スラグ、転炉スラグ等）の粒子試料に対して上記の磁力選別及び画像処理による粒子明度判別を行って、平均的な煤塵特性（着磁性暗色粒子、着磁性明色粒子、非着磁性暗色粒子、並びに、非着磁性明色粒子のいずれか）を求める。本発明者の調査結果から、鉄鉱石及び鉄粉は着磁性暗色粒子に分類されるので、着磁性暗色粒子を「鉄系煤塵」として所定の煤塵種の１つとして採用できる。また、石炭及びコークスは非着磁性暗色粒子に分類されるので、非着磁性暗色粒子を「カーボン系煤塵」として所定の煤塵種の１つとして採用できる。さらに、製鋼スラグと高炉スラグは、着磁性明色粒子と非着磁性暗色粒子にそれぞれ分類されるので、着磁性明色粒子を「製鋼スラグ系煤塵」として、非着磁性明色粒子を「高炉スラグ系煤塵」として、それぞれ所定の煤塵種の１つとして採用できる。
【００４４】
（煤塵質量の算出方法）
煤塵種毎に等価粒径を用いて捕集された全降下煤塵粒子を分類した後、各粒径区分に含まれる個々の粒子の密度及び体積を用いて算出された個々の粒子の質量を積算することにより、当該煤塵種に当該粒径区分における降下煤塵質量を求めることができる。さらに、降下煤塵の全分類に対して同様に求めた降下煤塵質量を積算して全降下煤塵質量を算出し、当該分類の降下煤塵質量と全降下煤塵質量の比を降下煤塵の当該分類の質量構成率Ｃｏｍ（ｉy，ｉv，ｉs）として算出することができる。
【００４５】
（評価関数）
上記の規格化計算降下煤塵量Ｒa（ｉy）と規格化計算降下煤塵量Ｒc（ｉy）との一致性を評価する評価関数として、例えば、次の関数を用いることができる。
【００４６】
【数２】
0005691980.tif 000003
【００４７】
ここで、対数の底は、１０やネイピア数ｅを用いることができる。また、降下煤塵量測定値に負値を生じない場合（測定誤差の小さい場合）には、数式（９）中で｜Ｒc／Ｒa｜の代わりに単にＲc／Ｒaを用いてもよい。数式（９）の関数において、全ての参照地点において、ＲcがＲaと一致する場合（即ち、降下煤塵の実測値分布と計算値分布の一致度が最も高い場合）、評価関数値Ｅvは０となる。ＲcとＲaが異なれば、Ｅv＞０となり、ＲcとＲaの違いが大きいほど、評価関数値Ｅvの値は大きくなる。従って、複数の仮定発塵源おいてそれぞれ算出された評価関数値Ｅvの内、最も小さい値を示す仮定発塵源において、降下煤塵量分布の計算値と実測値の一致度が最も高いと判断することができる。また、前述のように、この評価関数を用いれば、特定の降下煤塵評価地点で仮にＲcとＲaとの間でオーダの異なる場合でも、評価関数値が過度にこの特定の降下煤塵評価地点の影響を受けることがない。このため、測定誤差や計算モデル誤差が比較的大きく、いずれの仮定発塵源での評価においてもＲcとＲaとの間でオーダの異なる降下煤塵評価地点を含むことが避けられないような検討系に対しても、仮定発塵源間での妥当性を安定的に比較・評価することができ、好適である。この評価関数の場合、評価関数値Ｅvの小さいものほど、降下煤塵の発塵源としての妥当性が高いことを意味する。
【００４８】
この評価関数のバリエーションとして、例えば、Ｔg（ｋ）期間毎にｎiyが変動する場合に、この評価関数をｎiyで除したものを評価関数として用いてもよい。
【００４９】
あるいは、測定誤差や計算モデル誤差が十分に小さいと期待できる場合には、評価関数として、次の数式（１０）に示す関数を用いてもよい。
【００５０】
【数３】
0005691980.tif 000004
【００５１】
あるいは、次の数式（１１）に示す評価関数として用いてもよい。
【００５２】
【数４】
0005691980.tif 000005
【００５３】
ここで、ｍａｘ［ａ，ｂ］は、数値ａ，ｂの内、大きい方の値を表す関数である。
このように、評価関数にＲc／Ｒaを用いることにより、仮定発塵源の妥当性評価に際して、個々の降下煤塵量評価地点における降下煤塵量の多寡がその降下煤塵参照地点の評価関数に対する重みに影響しなくなるので、降下煤塵量の多寡によって特定の降下煤塵参照地点の影響が評価関数値算出時に支配的となるという構造的な問題を回避することができる。
【００５４】
以上述べたような本発明を適用した降下煤塵の非定常発塵源の探索手法の第１の特徴は、降下煤塵評価地点における降下煤塵を直接、測定することによって降下煤塵の発塵源を探索することができる点である。
【００５５】
第２の特徴は、本発明者が見出した降下煤塵用に修正したプルーム式を用いて同一時刻（Ｔg期間）における複数の降下煤塵測定地点における降下煤塵測定量間の整合性を評価することにより、最も整合性の高い仮定発塵源を主要な発塵源と判定することである。
本発明で修正されたプルーム式について具体的に説明する。従来のプルーム式を用いた降下煤塵量の整合性（あるいは妥当性）の評価の際には、数式（２）における地表面反射項α・ｅｘｐ［−（Ｈｅ＋ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］の取り扱いが困難なため、高い精度での評価が困難であった。しかし、本発明者の調査の結果、この地表面反射項が問題となるのは、従来技術が主にガスやＳＰＭを対象としていたためであることを突き止めた。降下煤塵の場合には、粒子の落下速度が大きいために、沈着速度Ｖd≒落下速度Ｖsとなるので、地表面での反射の影響は小さく、α＝０と見做すことができる。そこで、修正した降下煤塵濃度に対する大気拡散式として、数式（２）にα＝０を代入した次の数式（４）を用いる。
Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ＱP／２πσyσzＷＳ）ｅｘｐ［−ｙ2／２σy2］
×ｅｘｐ［−（Ｈｅ−ｚ−Ｖsｘ／ＷＳ）2／２σz2］…（４）
ここで、プルーム拡散幅（水平）σy及びプルーム拡散幅（鉛直）σzは、Δｔdを固定して（これを基準期間とする）求められた数表化又は図表化された値として、非特許文献１に記載される、Ｐａｓｑｕｉｌｌ−ＧｉｆｆｏｒｄによるものやＢｒｉｇｇｓによるもの等を用い、Δｔdの影響を経験式で補正して求められる。Δｔdの影響を経験式で補正する方法は、非特許文献２に示されるように、σyに、（［実際に使用するΔｔd］／［基準純時間のΔｔd］）Pを乗じるものである。
煤塵種と煤塵粒径が与えられれば、粒子落下速度Ｖsが終末速度として決まるので、降下煤塵量計算値ｍｃは、濃度ＣにＶsを乗じた次の数式（５）で表現できる。
ｍｃ（ｘ，ｙ）＝ＶsＣ（ｘ，ｙ，ｚ）…（５）
このように、気象・地表状態・煤塵種等の影響によって大きく変化してプルーム式の予測精度を悪化させ得る要因である経験常数αを用いずに降下煤塵量を表現できるので、プルーム式での予測誤差が小さい利点がある。
以上のような降下煤塵量のプルーム式を変形した発塵源探索範囲の単純、かつ、定量的な表現は、従来のガスやＳＰＭを前提としたプルーム式では実現し得なかったものであり、本発明者が降下煤塵ではＶsが比較的大きいことに着目した上で行った一連の洞察によって、初めて可能になったものである。
【００５６】
第３の特徴は、降下煤塵の評価地点ｉxにおける主要発塵源を評価する際に、仮定発塵源を設定する地域とｉxとの間に３つ以上の降下煤塵観測地点である参照地点ｉyを設けてｉyでの降下煤塵量測定値を用いることである。従来技術では仮に複数地点での降下煤塵測定値を用いて発塵源の妥当性を評価する場合であっても、各測定地点の関係は本質的に同等であり、主たる評価地点（ｉx）に対する主要発塵源を評価するために、補助的に他の測定点（ｉy）を設けるという発想は、従来存在しなかった。このような測定地点レイアウトを設定することにより、仮定発塵源を設定する地域から評価地点ｉxに到達する煤塵プルームの中心位置を、ｉxの風上に存在する３つ以上の参照地点ｉyでの測定値を互いに比較することによって容易に判定することができる。もし、参照地点ｉyが２つしかない場合には、降下煤塵量測定値のより大きい測定地点とより小さい地点の内側に煤塵プルームの中止が存在するのか、あるいは、降下煤塵量測定値のより大きい測定地点の外側（より小さい地点の反対方向）に煤塵プルームの中心が存在するのかを判断することができない。３つ以上の参照地点ｉyを設ける場合には、煤塵プルームの中心が両端のｉyの内側、外側いずれに存在するのかは自明に判断できる。即ち、両端の参照地点ｉyのいずれかで最大の降下煤塵量を測定値を観測すれば、煤塵プルームの中心は外側に存在し、両端以外の参照地点ｉyで最大の降下煤塵量を測定値を観測すれば、煤塵プルームの中心は内側に存在し、最大の降下煤塵量の測定値を観測すれば、煤塵プルームの中心は外側（最大の測定値を観測した参照地点ｉyの近傍）に煤塵プルームの中心が存在すると判定できる。このように、煤塵プルームの中心位置の内外を判定しないと、仮に、プルーム式を用いて測定値とよく一致する発塵源を見出したとしても、その発塵源が煤塵プルームの中心一意であるのか判断できない。尚、ここで、降下煤塵量がより多い（少ない）と表現しているのは、仮定発塵源と参照点間の距離の影響を補正して降下煤塵量を比較したものである。
【００５７】
第４の特徴は、煤塵を捕集して粒径区分と煤塵種を判別し、粒径区分と煤塵種毎にプルーム式を設定して、複数の地点で測定された降下煤塵量間の整合性を評価することである。発塵源が単一である場合には、上述した第３の特徴における方法のみで発塵源の位置を特定することができる。しかし、そもそも本発明が目的とする発塵源の特定が必要となる対象系とは、発塵源が複数存在するために主要な発塵が自明でないものに限られる。このような系では、複数地点で降下煤塵を測定した場合に、個々の測定地点では、一般に複数の発塵源からの降下煤塵が捕集・測定されている。従って、図４に示すように、主要発塵源探索の過程で仮定発塵源（点源）を設定してプルーム式での降下煤塵計算結果と実測値を比較しても、計算値でのように、プルーム端部で降下煤塵量が減少する傾向を実測値が示すとは限らないため、整合性の評価が困難となる（前記第３の特徴の方法のみでは発塵源を特定できない）。例えば、図４での仮定発塵源ｊ：１、ｊ：２のどちらがより整合性が高いかを評価できない。ここで、図４は、水平面上の配置図であり、降下煤塵評価地点ｉx及び降下煤塵参照地点ｉyにおいて、測定された降下煤塵量に比例する面積の円（網かけ部分）を各地点の周囲にそれぞれ記載したものである。尚、符号２は仮想発塵源の風下直下を示す。ところで、多くの発塵地帯において、発塵源で発生する煤塵種は、必ずしも同一ではなく、煤塵種毎に発塵源を分類できる場合が多い。そこで、本発明では、捕集された煤塵種を細かく煤塵種に分類することにより、各降下煤塵測定地点での煤塵種毎の降下煤塵量を算出し、当該煤塵種のみに関して、プルーム式による降下煤塵量分布の整合性を評価する。このようにすることで、個々の整合性評価において、近接する発塵源から対象を絞り込むことができるので、複数発塵源からの同一地点への降下煤塵飛来による、前記の整合性評価困難性を大幅に低減することができる。尚、前記の「近接する発塵源から対象を絞り込む」際に、個々の発塵源候補での主要煤塵種を予め把握しておく必要は必ずしもなく、近接する発塵源間で煤塵種が互いに異なりさえすれば、自動的に、前述のように本発明での発塵量分布整合性評価が高精度化するのである。さらに、同一発塵源であっても、発塵する煤塵の粒径には大きな分布が一般に存在する。発塵源毎に煤塵の粒径分布が予め把握できるとは限らないので、従来技術においては、全ての煤塵粒径を含んだ煤塵プルームを用いて妥当性の検討がなされてきた。しかし、煤塵が飛散する際には粒径の大きなものほど早く沈降するので、煤塵プルームが進行するに従って、プルーム中の平均粒径は減少する。正確な粒径分布の把握なしにこの影響を正確にプルーム式で評価することは極めて困難であるため、従来技術でのプルーム式を用いた降下煤塵量の妥当性判断では大きな誤差が避けられなかった。一方、本発明では、煤塵の粒径区分毎にプルーム式を設定するので、このような粒径分布に起因するプルーム式の誤差を回避することができ、降下煤塵量分布整合性評価の精度が高いという利点がある。図５は、図４と同様の対象系における本発明での降下煤塵量分布の計算値‐実績値間の対応を示している。図５では、実績値分布がプ���ーム式と相似に近い状態（中心で高い値、端部で低い値）を示しており、計算値との整合性評価が容易である。即ち、仮定発塵源ｊ：１では整合性が低く、仮定発塵源ｊ：２では整合性が高いと評価できる。
【００５８】
第５の特徴は、計算降下煤塵量分布と実績降下煤塵量分布を比較する際に、参照地点での降下煤塵量を、評価地点での降下煤塵量によって規格化したものを比較することである。もし、規格化を行わずに、降下煤塵量の計算値−実測値間の比較を直接行う場合には、発塵源探索を行う際に設けられる仮定発塵源での発塵量を正確に与える必要がある。しかし、発塵源での発塵量を事前に把握できない場合が多いので問題である。一方、本発明では、降下煤塵量の規格化を行っているので、仮定発塵源に正確な発塵量を与える必要がない。
【００５９】
第６の特徴は、非定常発塵源の特定を行うことができる点である。本発明の発塵源探索手法では、降下煤塵量測定値取得周期毎にその時間帯における主要な発塵源を特定することができる。従って、降下煤塵量測定値取得周期の数周期分以上の時間スケールで変動する非定常発塵源であれば、これを把握することができる。また、非定常発塵源を特定する際に必要な降下煤塵評価地点数は、潜在的な発塵源数よりも十分少なくてよい。
【００６０】
第７の特徴は、任意の仮定発塵源に対して、複数の参照地点での規格化された降下煤塵量計算値と実測値を用いて、計算値‐実測値間の一致性を評価する方法として、各参照地点での降下煤塵量計算値と実測値の比の絶対値の対数を、全参照地点分、積算することによって与えられる評価関数を用いることである。仮定発塵源と各参照地点間の距離が大きく分布するときには、参照地点間で測定値間の値のオーダの異なる場合がある。このとき、各参照地点での誤差（同一参照地点での降下煤塵量計算値と実測の差等で表現できる）を単に積算するだけでは、発塵源に近く、降下煤塵量（又は、前記規格化された降下煤塵量）が元々、多い参照地点での誤差に対して一致性評価の際に極端に大きな重みが与えられるので、全評価地点での平均的な一致性を評価するのに適当でない場合がある。また、個々の参照地点での降下煤塵量計算値と当該参照地点での実測値の比を単純に積算することも考えられる。しかし、この場合、実績降下煤塵量が極端に小さい参照点ではこの比が極端に大きな値を示し、一致性評価の際にこの参照点に対して極端に大きな重みが与えられるので、全評価地点での平均的な一致性を評価するのに適当でない場合がある。一方、本発明では、規格化された降下煤塵量の計算値と実測値の比の絶対値の対数を用いるため、仮に参照地点間で降下煤塵量や降下煤塵量の比のオーダが異なる場合でも、一致性評価に際して各参照点に生じる重みを比較的一様に保つことができるので、一致性評価手法として好適である。
【００６１】
第８の特徴は、対象とする降下煤塵種が放射性である場合、強い放射性発塵源から発生したと考えられる放射性降下煤塵の発生源位置を、放射性発塵源に近寄ることなく、遠方での降下煤塵計測データを用いて推定することができる。
【００６２】
第９の特徴は、捕集された煤塵試料に対して強力磁石による磁力選別と画像処理による明度測定を用いて煤塵種の判別を行うことにより、安価かつ簡易に煤塵種分析を実施可能なことである。従来、このような技術が困難であったのは、以下の理由によるものである。
代表的な鉄鉱石である赤鉄鉱は、代表的な永久磁石であるフェライト磁石の磁力では磁石に吸着しない。このため、一般の鉄鋼業技術者は、赤鉄鉱と石炭の分離に磁力を用いるという発想をそもそも持ち得なかった。
また、本発明者の調査の結果、単に赤鉄鉱が着磁し得る強力な磁石を用いれば煤塵微粒子を前記の代表的な煤塵種毎に分離できる訳ではないことを本発明者は見出した。これは、強力過ぎる磁石を煤塵種に接触させた場合、僅かな鉄分（鉄・鉄鋼・銑鉄・酸化鉄）を含む煤塵でも着磁してしまうので、単に、全く鉄分を含まない微粒子と鉄分を含む微粒子に選別できるのみである。高炉法による製鉄プラントで発生する煤塵は、多かれ少なかれ鉄分を含有することが普通なので（石炭には灰分中に１％程度の酸化鉄が含まれことが多い。また、高炉スラグにも通常、少なくとも０.３％程度以上の鉄分が含有されている）、実質的には全く鉄分を含まない微粒子とは製鉄所内土壌由来の石英系土砂等のような主要ではない煤塵種に限定される。従って、このような磁力選別は、少なくとも製鉄プラントでの煤塵種の判別にはあまり役立たない。そこで、本発明では、適度に強い磁石を用いることで、鉄分を含むが含有量の少ない煤塵種（石炭系と高炉スラグ系）を着磁させないことで、着磁性の煤塵種（鉄系と製鋼スラグ系）から分離することができる。
さらに、煤塵微粒子の明度を用いて暗色煤塵種（石炭系・鉄系）と明色煤塵種（高炉スラグ系・製鋼スラグ系）に分離できる。その結果、高炉法による製鉄プラントで発生する前記主要な４つの煤塵種に限定すれば、着磁性と明度の組み合わせを用いることで、個々の煤塵を実用的、かつ、簡易に、全ての主要な煤塵種に分類できる。このことを本発明者は初めて見出した。これに対して、一般の粒子分析技術者（特に電子顕微鏡を用いた分析技術者）は、より汎用性の高い煤塵種分析手法を指向していた。このため、本発明法でのように、単に４つの主要な煤塵種に個々の煤塵を分類することだけでも高い実用性を有する分析を実現できることに、一般の粒子分析技術者は思い至らず、一般の粒子分析技術者は、徒に分析可能な元素数・分子数を増やすことや、成分構成率の高精度化に労力を傾注していたため、本発明法に想至することはなかった。
【実施例】
【００６３】
具体的値を用いて、本発明を適用した実施例を説明する。図１の処理フローに従って、非定常発塵源の探索を行った。
まず、ステップＳ１０１において、図２に示す降下煤塵評価地点ｉx、降下煤塵参照地点ｉyの水平面内配置において、ｊ：１及びｊ：２なる２つの仮定発塵源を図中に配置した。
【００６４】
ステップＳ１０２において、最大構成率の煤塵特性として、粒径区分が粒径３０〜６０μｍ、かつ、煤塵種として石炭煤塵（カーボン系煤塵）を採用した。以下、試料内のこのグループを「当該煤塵特性」と表記する。ここで、降下煤塵評価地点ｉx及び全降下煤塵参照地点ｉyにおける当該煤塵特性の当該地点での試料中の構成率を１００％とした。
【００６５】
ｎit＝６、Δｔd＝１０分とし、特定のＴg（ｋ）期間において、ステップＳ１０３でｉxにおいて最大降下煤塵量を観測するＴd（ｉt）時刻として、ｉtmax＝３を採用した。
【００６６】
ステップＳ１０４において、降下煤塵評価地点ｉx及び各降下煤塵参照地点ｉyでのＴd（ｉtmax）における降下煤塵量測定値をそれぞれの地点での代表降下煤塵量として採用し、その値は、表１に示されるものとした。風向及び風速は、超音波式風向風速計を用いて１秒周期で測定を行ったものとして、代表風向・風速として、Ｔd（ｉtmax）期間の風ベクトル平均である、図２に示す風ベクトル１に対応する風向・風速をそれぞれ採用した。
【００６７】
また、同様に、ステップＳ１０６において、ｊ：１及びｊ：２を発塵源と仮定した場合の降下煤塵評価地点ｉx及び各降下煤塵参照地点ｉyにおける降下煤塵量計算値を、数式（３）のプルーム式及び数式（４）を用いてそれぞれ表１に示す値とした。
【００６８】
【表１】
0005691980.tif 000006
【００６９】
ステップＳ１０５において、各降下煤塵参照地点ｉyにおけるＲaは、数式（６）を用いて表２のように算出された。ここで、降下煤塵評価地点ｉx及び各降下煤塵参照地点ｉyは、上記のように全て当該煤塵特性に含まれるものとしたので（即ち、Ｃｏｍ（ｉy，ｉvmax（ｉx），ｉsmax（ｉx））＝Ｃｏｍmax（ｉx）＝１）、数式（６）は、各ｉyでの降下煤塵量測定値をｉxでの降下煤塵量測定値で除した数式に簡略化される。
【００７０】
同様に、ステップＳ１０７において、各降下煤塵参照地点ｉyにおけるＲcは、数式（７）を用いて表２のように算出された。
【００７１】
【表２】
0005691980.tif 000007
【００７２】
ステップＳ１０８において、まず、上記の結果を用いて、ｌｏｇ10［｜Ｒｃ／Ｒａ｜］2を計算すると、表３のようになった。
【００７３】
【表３】
0005691980.tif 000008
【００７４】
次に、上記ｌｏｇ10［｜Ｒｃ／Ｒａ｜］2の値を数式（９）に代入して、表３の最下段に示す評価関数値Ｅvを求めた。この評価関数値Ｅvは、ｊ：１について１．４８７５５６５５９、ｊ：２について１９．６８３８０７５５となる。
【００７５】
ステップＳ１０９において、上記の結果から、ｊ：１の評価関数値Ｅvがｊ：２でのものよりも小さいので、仮定発塵源ｊ：１をｉx：１に関する当該時刻における主要発塵源と判定した。
【符号の説明】
【００７６】
３０１・・・ＣＰＵ等の演算装置
３０２・・・メモリ
３０３・・・ＨＤＤ
３０４・・・インターフェース
ｉx・・・降下煤塵評価地点
ｉy・・・降下煤塵参照地点
ｊ・・・仮定発塵源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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